(57)【要約】 【課題】ノイズを抑え、且つ、ホログラム記録材料のダイナミックレンジを均一に利用して記録密度の向上を図ること。【解決手段】信号光１００と図示されない参照光の干渉縞を単一層のホログラム記録材料５０に多重記録する際に、ホログラム記録材料５０の厚み方向で前面に近い位置と背面に近い位置の２か所を含む層内にデータを多重記録して、図のようにホログラム記録材料５０内にブック６０が２層に亙って形成される複数層記録を行う。この記録層の選択は信号光１００のフォーカス位置の移動により行い、また、信号光１００のフォーカス位置の信号光１００と参照光の強度比を最適にしておく。これにより、ノイズを抑え、且つ、ホログラム記録材料５０のダイナミックレンジを均一に利用して記録密度の向上を図ることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光と強度変調された信号光との干渉縞を単一層のホログラム記録材料に多重記録するホログラム記録装置であって、
前記ホログラム記録材料の厚み方向に所定間隔離れ、且つ前記厚み方向に直角方向に広がる複数の記録層を前記多重記録した干渉縞が形成するように前記干渉縞を多重記録する記録手段を具備する、
ことを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
前記記録手段は、前記信号光のフォーカス位置が前記ホログラム記録材料の厚み方向の予め設定された位置になるように変化させることで前記記録層を選択するフォーカス位置変更手段を具備することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
前記信号光と前記参照光の強度比は、当該信号光のフォーカス位置で最適になるように調整されていることを特徴とする請求項１または２記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記多重記録は、角度多重記録であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記角度多重記録する際の前記参照光の前記ホログラム記録材料への入射角は、当該ホログラム記録材料の厚み方向にある前記記録層毎に異なるように設定することを特徴とする請求項４記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
前記信号光のフォーカス範囲が互いに重ならないように干渉縞を多重記録して前記記録層を形成することを特徴とする請求項４記載のホログラム記録装置。
【請求項７】
前記多重記録は、スペックル多重記録であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のホログラム記録装置。
【請求項８】
参照光と強度変調された信号光との干渉縞を単一層のホログラム記録材料に多重記録するホログラム記録方法であって、
前記ホログラム記録材料の厚み方向に所定間隔離れ、且つ前記厚み方向に直角方向に広がる複数の記録層を前記多重記録した干渉縞が形成するように、前記信号光のフォーカス位置を変えて前記干渉縞を多重記録することを特徴とするホログラム記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２光束の干渉縞をホログラム記録材料に記録するホログラム記録装置及び方法に係り、特にホログラム記録材料内の複数層に亙る多重記録に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行うホログラフィックデータストレージシステムが提案されている。このホログラフィックデータストレージシステムでは、同一のレーザ光を信号光と参照光に分岐した後、データページで空間偏重された信号光と参照光をホログラム記録材料の記録領域で重なるように照射し、両光の干渉縞をホログラム記録材料に記録する。また、ホログラムメモリの記録密度の向上のため、一か所に多数の独立なページを記録する多重記録という手法が用いられている。この多重記録方式の代表的なものとして、角度多重記録、シフト多重記録、位相コード多重記録などがある。しかし、例えば角度多重記録する場合、ホログラム記録材料内の信号光強度分布が不均一なために、記録材料が均一に使えず、記録容量の低下につながっていた。そこで、ホログラム記録媒体を複数層構造にして、各層にホログラム記録することが知られているが（例えば特許文献１参照）、これではホログラム記録媒体の構造が複雑で製造コストが高くなると共に、各層を選択的に記録するためのサーボ機構が複雑になって装置が高価になるなどの問題がある。
【０００３】
図１０に示すように信号光１００はホログラム記録材料５０の厚さ方向でビームの太さが異なり、フォーカス位置（または、フーリエ変換面）で最もビーム径が小さくなる。これは、フォーカス位置でエネルギー密度が最大になることを表している。このように、エネルギー密度が場所によって異なると、信号光１００と参照光（図示せず）の強度比も場所によって異なることになり、理想的な強度比で記録できるのは記録材料内の一部分だけということになってしまう。そこで全体的なバランスを取って信号光と参照光の比を調整すると、図１１に示すようにフォーカス位置付近ではパワー密度が強くなりすぎ、それが画像のノイズ源（領域４０）になることが知られている。
【０００４】
また、図１１のような記録を続けていくと、図１２に示すように、ホログラム記録材料５０の前面に偏って記録領域が形成されるため不均一な露光になってしまう。フォトポリマーなどのホログラム記録材料５０は、なるべく均一に露光した方が良い結果を得られることが知られており、図１２のような状態は好ましくない。
【特許文献１】特開平１１−１２６３３５号公報  （第５−９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録材料に記録する際に、信号光のエネルギー密度がホログラム記録材料内の場所によって異なるため、信号光と参照光の強度比も場所によって異なることになり、理想的な強度比で記録できるのは記録材料内の一部分だけとなり、ホログラム記録材料のダイナミックレンジを均一に使用できず、記録密度を上げられないという問題がある。また、全体的なバランスを取って信号光と参照光比を調整すると、信号光のフォーカス位置付近ではパワー密度が強くなりすぎ、ノイズ源になるという問題があった。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、ノイズを抑え、且つ、ホログラム記録材料のダイナミックレンジを均一に利用して記録密度の向上を図ることができるホログラム記録装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するため、参照光と強度変調された信号光との干渉縞を単一層のホログラム記録材料に多重記録するホログラム記録装置であって、前記ホログラム記録材料の厚み方向に所定間隔離れ、且つ前記厚み方向に直角方向に広がる複数の記録層を前記多重記録した干渉縞が形成するように前記干渉縞を多重記録する記録手段を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の前記記録手段は、前記信号光のフォーカス位置が前記ホログラム記録材料の厚み方向の予め設定された位置になるように変化させることで前記記録層を選択するフォーカス位置変更手段を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の前記信号光と前記参照光の強度比は、当該信号光のフォーカス位置で最適になるように調整されていることを特徴とする。
【００１０】
このように本発明では、単一層のホログラム記録材料の例えば厚み方向の前面近傍と、背面近傍の２か所に、例えば角度多重記録し、この厚み方向の２か所を含む層内に複数のブックを配列するように記録して２個の記録層を形成する。その際、信号光のフォーカス位置で参照光との強度比が最適になるように調整することで、ノイズ源が記録されることを防止して記録時のノイズを抑制することができる。また、信号光のフォーカス位置をホログラム記録材料の厚み方向にある２個の記録層のいずれかに持ってくることにより、厚み方向の記録場所を選択することができ、これにより、ホログラム記録材料のダイナミックレンジを均一に利用して記録密度の向上を図ることができる。また、単一層のホログラム記録材料を用いて例えば２層記録するため、ホログラム記録材料の構成を複雑且つ高価にすること無く、その記録密度を上げることができる。さらに単一層のホログラム記録材料を用いるため、厚み方向の記録場所の選択は機械精度で良く、簡単なサーボ系により上記効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、単一層のホログラム記録材料の例えば厚み方向の前面近傍と、背面近傍の２か所に記録層を形成するように、例えば角度多重で信号光と参照光の干渉縞を記録して、各記録層に複数のブックを配列するように記録することにより、ノイズを抑え、且つ、ホログラム記録材料のダイナミックレンジを均一に利用して記録密度の向上を図ることができる。
また、単一層のホログラム記録材料に複数層記録できるため、記録密度を従来どおりとすれば、各ブックの多重度を減らすことができ、その分、ノイズを低減させた品質のよいデータの多重記録再生を行うことができる。
また、単一層のホログラム記録材料を用いて例えば２層記録するため、ホログラム記録材料の構成を複雑且つ高価にすること無く、その記録密度を上げることができる。
さらに、単一層のホログラム記録材料を用いるため、厚み方向の記録場所の選択は機械精度で良く、簡単なサーボ系により上記効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ノイズを抑え、且つ、ホログラム記録材料のダイナミックレンジを均一に利用して記録密度の向上を図る目的を、単一層のホログラム記録材料の例えば厚み方向の前面近傍と、背面近傍の２か所に記録層を形成するように、例えば角度多重で信号光と参照光の干渉縞を記録して、各記録層に複数のブックを配列するように記録することによって実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示したブロック図である。ホログラム記録装置は角度多重方式でデータの記録再生を行うもので、レーザ光源１、シャッター２、シャッター３、空間変調器（ＳＬＭ）４、記録用信号光光学系５、ホログラム記録材料５０、参照光偏角ミラー６、再生用信号光光学系７及びイメージセンサ８、ホログラム記録材料５０を回転させるスピンドルモータ９、ホログラム記録材料５０を面方向と直角方向に移動させるアクチュエータ１０及び制御用パソコン３０を有して構成される。制御用パソコン３０はシャッター制御、ＳＬＭ４への画像表示、参照光偏角ミラー６の角度制御、スピンドルモータ９、アクチュエータ１０の制御及びイメージセンサ８からの出力から画像キャプチャを行う処理などを行う。
【００１４】
図２は図１に示した記録用信号光光学系５と再生用信号光光学系７の詳細例を示したブロック図である。記録用信号光光学系５はレンズ１１、１２、１３とアパーチャ１４から成り、再生用信号光光学系７はレンズ１５、１６、１７とアパーチャ１８から成る。記録用信号光光学系５と再生用信号光光学系７の間にホログラム記録材料５０が挿入される。
【００１５】
次に本実施形態の動作について説明する。記録時、レーザ光源１から出射されたレーザ光は図示されないＰＢＳなどにより信号光１００と参照光２００に分岐される。信号光１００はＳＬＭ４に表示されたデータページにより強度変調された後、記録用信号光光学系５を通過してホログラム記録材料５０の記録領域に照射される。一方、参照光２００は図示されない参照光光学系を通してホログラム記録材料５０の記録領域に照射され、信号光１００と参照光２００の干渉縞が前記記録領域に記録される。その際、参照光２００は参照光光学系内の参照光偏光ミラー６によりホログラム記録材料５０への入射角度が変化され、ひとつの記録領域に多数のデータが角度多重記録される。この角度多重において、ひとつのホログラムを１ページ、１ヶ所に多重されたホログラム全体をブックと呼ぶ。
【００１６】
再生時、上述のようにホログラム記録材料５０に記録されたホログラムに記録時と同一の参照光（再生参照光）を照射することでホログラムが再生され（回折光の発生）、その再生された光が再生用信号光光学系７を通過してイメージセンサ８に到達し、ここで、光電変換されて読み取られ、読み取られたデータを画像処理などによりデコードすることで記録されていたデータが再生される。その際、再生参照光は参照光光学系内の参照光偏光ミラー６によりホログラム記録材料５０への入射角度が変化され、ひとつの記録領域に角度多重記録された多数のデータが順次再生される。なお、図２中の記録用信号光光学系５内の高周波カット用アパーチャ１４は、ＳＬＭ４で生じる高次の回折光などをカットし、ホログラム記録材料５０上の不要な部分が露光されてしまうことを防いでいる。また、再生用信号光光学系７内の高周波カット用アパーチャ１８は、ホログラム記録材料５０から再生された光の、散乱光成分や、不要なホログラムからの再生光をカットするためにある。
【００１７】
図３は図２に示したホログラム記録材料５０の部分拡大図である。信号光１００と参照光２００が重なって両光の干渉縞がひとつのブックに記録されるが、このブックには参照光２００の入射角度の変化毎に、異なるデータが順次記録される。角度多重方式により多ブックで記録する本実施形態の記録方法を示したものが図４である。
【００１８】
図４（Ａ）は、ホログラム記録材料５０の断面図で、その前面に近い上層にブック６０６０が整然と配列されるように信号光のフォーカス位置を上層に設定して角度多重記録する。この図では、パワー密度が大きい部分を網掛けで図示してある。図４（Ｂ）は、同ホログラム記録材料５０の上面図であり、各ブック６０を記録する際の信号光の照射範囲８０であり、照射範囲８０は縦横整然と配列される。この図４（Ａ）、（Ｂ）で示した露光方法を採ると各ブック６０が重なってしまうが、重なっても図２に示したような再生用信号光光学系７内にアパーチャ１８があれば、各ブック６０をアパーチャ１８の位置でクロストークなしで分離することができる。しかし、このままでは露光が不均一であるためホログラム記録材料５０の上層部のモノマーだけを用い、ホログラム記録材料５０のモノマー全て用いていないことになる。この際、信号光のフォーカス位置で信号光と参照光の強度比が最適になるように調整されている。
【００１９】
そこで本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、ホログラム記録材料５０の背面に近い下層部に信号光のフォーカス位置を設定して角度多重記録すると、下層部にもブック６０が配列される。その場合も、図５（Ｂ）に示すように、各ブック６０を記録する際の信号光の照射範囲８０は縦横整然と配列される。この場合、上層を第１層、下層を第２層と呼ぶことにすると、第１層のブック６０と第２層のブック６０は対向配置されている。このように上下２層に亙って、ブック６０を生成するように角度多重記録することで、露光を均一化することができる。なお、信号光１００のフォーカス位置はアクチュエータ１０を制御用パソコン３０が制御してホログラム記録材料５０をその面方向に対して直角方向に移動させることにより、変化させることができ、且つ、その際のサーボ精度は機械精度で行われる。また、信号光１００のフォーカス位置は記録用信号光光学系５の全部または一部を移動させることによっても変化させることができる。
【００２０】
このように２層に亙って記録した場合、各層内に関しては、再生用信号光光学系７内のアパーチャ１８によってクロストークを除去できる。しかし、表面側（第１層）と背面側（第２層）に関しては、通常の露光方法ではクロストークが発生する。しかしながら、ホログラムの角度選択性を利用すると、クロストークの発生を防ぐことができる。例として、角度選択性が０．１度であったとする。この場合、参照光の角度として、第１層と第２層で異なるようにすれば、第１層と第２層間でのクロストークは角度選択性により発生しない。第１層：０、０．２、０．４、…、  第２層：０．１、０．３、０．５、…、
【００２１】
本実施形態によれば、信号光１００のフォーカス位置でその強度分布が最適になるようにすることによって、ノイズ源が生成されないようにでき、ノイズの無い記録を行うことができる。また、ホログラム記録材料５０の上層と下層の２層に亙って記録を行うため、ホログラム記録材料５０の露光を均一化してそのダイナミックレンジを十分に活用でき、記録密度を向上させることができる。また、単一層のホログラム記録材料５０に複数層記録できるため、記録密度を従来どおりとすれば、各ブック６０の多重度を減らすことができ、その分、ノイズを低減させた品質のよいデータの多重記録再生を行うことができる。
【００２２】
また、本実施形態ではデータをホログラム記録材料５０の上層と下層の２層に亙って記録しているが、ホログラム記録材料５０は２層構造を持っているわけで無く、単層であるため、構造が簡単で製造コストアップ要因にはならないし、上層と下層の選択は機械精度で決定すればよく、フィードバック制御などの複雑で高精度のサーボ系を必要とせず、簡単なサーボ系で済むため、装置のコストを上昇させる要因にはならない。
【実施例２】
【００２３】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置による角度多重記録方法を説明する図である。本実施形態も、ホログラム記録材料５０の上層と下層にブック６０が配列されるように角度多重記録するが、その場合、第１の実施形態と異なるところは、上層と下層にブック６０が互い違いの位置に配列されているところにある。したがって、ホログラム記録材料５０の上面図に示すように、上層を記録する信号光の照射範囲８０は小さく、下層を記録する信号光の照射範囲は大きくなり、これらが交互に配列されている。
【００２４】
本実施形態によれば、上層に配列されている各ブック６０間が離れており、また、下層配列されている各ブック６０間が離れており、しかも、上層のブック６０と下層のブック６０も対向した位置にないため、参照光の角度変化の巧みな設定や再生用信号光光学系７内のアパーチャ１８に頼らなくても、クロストークがなくホログラムの記録再生を行うことができる。他の効果は第１の実施形態のそれと同様である。
【実施例３】
【００２５】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置による角度多重記録方法を説明する図である。図７（Ａ）はホログラム記録材料５０の上面図で、上層を記録する信号光の照射範囲８０は小さく、下層を記録する信号光の照射範囲８０は大きく、これらが縦方向に交互に配列されている。図７（Ｂ）は図７（Ａ）のａ−ａ断面図で、ホログラム記録材料５０の下層に、多数のブック６０が配列されるように角度多重記録されている。また、図７（Ａ）のａ−ａ断面図と同様の方向の断面図で、信号光の照射範囲８０が狭いところを示した断面では、図示していないが、ホログラム記録材料５０の上層に、多数のブック６０が配列されるように角度多重記録されている。図７（Ｃ）は図７（Ａ）のｂ−ｂ断面図で、ホログラム記録材料５０の上層と下層にブック６０が交互に配列されるように角度多重記録されていることが分かる。したがって、上層と下層のブック６０間はその水平位置がずれているため、クロストーク無しで記録再生することができる。しかし、図７（Ａ）に示すように上層に配列されている各ブック６０間は近接し、同様に下層配列されている各ブック６０間も近接している。このため、隣接ブック６０とのクロストークがあるが、これは再生用信号光光学系７内のアパーチャ１８によって、再生時に分離でき、クロストークがなく再生することができる。他の効果は第１の実施形態のそれと同様である。
【実施例４】
【００２６】
図８は、本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示したブロック図である。ホログラム記録再生装置はスペックル多重でデータを記録再生するもので、その構成は第１の実施形態とほぼ同じであるが、参照光光学系に参照光２００の波面をランダムに乱す拡散板２１と集光レンズ２２を有し、非常に複雑な波面の参照光２００が入射角一定でホログラム記録材料５０へ入射される。
【００２７】
次に本実施形態の動作について説明する。記録時、レーザ光源１から出射されたレーザ光は図示されないＰＢＳなどにより信号光１００と参照光２００に分岐される。信号光１００は空間変調器（ＳＬＭ）４に表示されたデータページにより強度変調された後、記録用信号光光学系５を通過してホログラム記録材料５０の記録領域に照射される。一方、参照光２００は拡散板２１によりその波面をランダムに乱された後、集光レンズ２２によりホログラム記録材料５０の記録領域に集光され、両光の干渉縞が記録される。その際、参照光２００の波面が非常に複雑であるため、参照光２００を僅かにシフトしただけで、元の参照光２００と移動した参照光２００との間で波面の不一致が生じる。このためシフト選択性は、ホログラム記録材料５０のどの方向にも数μｍ程度と非常に鋭くなり、ホログラムの重ね描きが可能となるため、記録密度を非常に大きくすることが可能となる。そこで、スピンドルモータ９によりホログラム記録材料５０をトラック方向に僅かずつ移動させながら、ＳＬＭ４に表示するデータページを変えることにより、スペックル多重により複数のデータが記録される。
【００２８】
図９（Ａ）は図１に示したホログラム記録材料５０の断面図で、このホログラム記録材料５０の上層に信号光１００のフォーカスが来るようにして、スペックル多重により複数のデータが記録されている。また、このホログラム記録材料５０の下層に信号光１００のフォーカスが来るようにして、スペックル多重により複数のデータが記録されている。この場合の信号光１００の露光範囲８０を示したものが図９（Ｂ）のホログラム記録材料５０の上面図である。ホログラム記録材料５０の上層にデータを記録する場合は信号光１００の照射範囲８０は小さく、下層にデータを記録する場合は信号光１００の照射範囲８０は大きくなる。なお、信号光１００のフォーカス位置はアクチュエータ１０を制御用パソコン３０が制御してホログラム記録材料５０をその面方向に対して直角方向に移動させることにより、変化させることができ、且つ、その際のサーボ精度は機械精度で行われる。なお、スペックル多重記録のため、上層と下層に記録されたデータ間のシフト選択性も確保できる。
【００２９】
本実施形態によれば、信号光１００のフォーカス位置でその強度分布が最適になるようにすることによって、ノイズ源が生成されないようにでき、ノイズの無い記録を行うことができる。また、ホログラム記録材料５０の上層と下層の２層に亙って記録を行うため、ホログラム記録材料５０の露光を均一化してそのダイナミックレンジを十分に活用でき、スペックル多重による記録密度を向上させることができる。他の効果は第１の実施形態のそれと同様である。
【００３０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば、上記実施形態では、ホログラム記録材料の前面と背面に近い２層にホログラム多重記録したが、記録材料の性能如何によっては３層以上に亙って記録することにより、さらに記録密度を上げることができる。また、よくあるケースとして、信号光がホログラム記録材料面に対して垂直に入射しない場合がある。この場合も、奥行き方向にフォーカス位置を変えて全く同様な配置で複数層記録でき、しかも、各ブックはクロストークが無い配置をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】図１に示した記録用信号光光学系と再生用信号光光学系の詳細例を示したブロック図である。
【図３】図２に示したホログラム記録材料の記録部分の拡大図である。
【図４】図１に示した装置により角度多重記録するブックを配列例を示した図である。
【図５】図１に示した装置により角度多重記録するブックを配列例を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置による角度多重による記録方法を説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置による角度多重による記録方法を説明する図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示したブロック図である。
【図９】図８に示した装置によりスペックル多重記録する方法を説明する図である。
【図１０】従来のホログラム記録方法を説明する図である。
【図１１】従来のホログラム記録方法を説明する図である。
【図１２】従来のホログラム記録方法により記録されるブックの配列例を示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１……レーザ光源、２、３……シャッター、４……空間変調器（ＳＬＭ）、５……記録用信号光光学系、６……参照光偏角ミラー、７……再生用信号光光学系、８……イメージセンサ、９……スピンドルモータ、１０……アクチュエータ、１１、１２、１３、１５、１６、１７……レンズ、１４、１８……アパーチャ、２１……拡散板、２２……集光レンズ、３０……制御用パソコン、５０……ホログラム記録材料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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